秘籍12 探究光的反射、平面镜成像规律和凸透镜成像规律-备战 中考物理抢分秘籍

秘籍12  探究光的反射、平面镜成像和凸透镜成像规律

（原卷版）

光学实验主要有三个，探究光的反射规律；探究平面镜成像规律和凸透镜成像规律。中考试卷中，如果考查光学实验，必考此三个实验之一的说法一点液不为过。

光学实验题所占分值一般在3分-7分之间。对本部分内容的考查与备考做如下概括：

一、探究光反射时的规律

【实验目的】验证光的反射定律。即：共面（反射光线、入射光线与法线在一个平面内）、分居（反射光线与入射光线分居法线两侧）、等角（反射角等于入射角）和可逆（光路是可逆）。

【实验器材】平面镜一块、激光笔一支、带刻度的折板光屏一块、支架等。

【实验步骤】一、按图组装器材

二、根据图甲沿折板平面用激光笔射出一束光线，观察入射光线和反射光线，并记录入射角和反射角；数据填入表格。

三、改变入射光线方向（入射角）重复上述实验并记录表格。

四、沿折板中轴（N）将折板F向后转动，观察反射光线是否仍在F上。

五、选择一次实验，沿原反射光线反方向改变入射光线，观察反射光线判断光路可逆性。

六、整理器材。

【实验结论】共面（反射光线、入射光线与法线在同一平面内）、分居（反射光线、入射光线分别位于法线两侧）、等角（反射角等于入射角）。

【考向点拨】

1.验证三线共面：沿折版中轴折转光屏是否还能看见反射光线；

2.验证分居：观察反射光线、入射光线是否在中轴两侧；

3.验证等角：通过量角器测量或带有刻度的折板光屏测量；

4.观察光路是否可逆：沿原反射光线路径改变入射光线，观察反射光线；

5.漫反射：能看见光线的传播方向说明折板发生了漫反射；

6.改变入射角（改变入射光线方向），进行多次实验的目的：寻找实验结论的普遍性；

7.光线的理想化模型：观察激光笔射出的光线即可构建用带箭头的直线表示光的传播方向和路径；

8.折转光屏用白色的目的：显示光线的路径；

9.实验应选较暗的环境目的是：便于观察实验现象；

10.实验时，折板应与平面镜垂直的目的：否则折板上看不到反射光；

11.当光垂直镜面入射时，入射角为零，为什么看不到反射光线：有反射光线，但反射角也为零，反射光线与入射光线在一条直线上。

二、探究平面镜成像的特点

【实验目的】探究平面镜成像规律。即等大（像与物大小相等）、等距（像与物到平面镜的距离相等）、对称（像与物相对于平面镜对称）、反向（像与物左右位置相反）、虚像（像是虚像）。

【实验器材】玻璃板一块、相同的蜡烛两支、光屏一块、火柴一盒、刻度尺和支架等。

【实验步骤】一、按图组装器材。在玻璃板的一侧立一支点燃的蜡烛，观察另一侧蜡烛的像。

二、将光屏置于像的位置，不透过光屏观察光屏上有无蜡烛的像。

三、将另一支未点燃的蜡烛置于像的位置，比较两只蜡烛的大小关系。

四、移动蜡烛的位置，观察像的大小有无变化。

五、用刻度尺量出两支蜡烛到平面镜的距离。

六、通过平面镜观察像与物的左右位置关系。

七、重复上述步骤并记录实验数据于表格。

八、整理器材。

【实验结论】等大（像与物大小相等）、等距（像与物到平面镜的距离相等）、对称（像与物以平面镜为对称轴）、垂直（像与物对应点的连线垂直于平面镜）、虚像（平面镜成像是虚像）。

【考向点拨】

1.平面镜成像原理：光的反射（镜前可以观察到像，镜后无法看到）；

2.用两支相同蜡烛的目的：为了比较像与物的大小关系；

3.点燃蜡烛目的：清楚的观察成像；

4.实验方法：等效替代法；

5.多次实验的目的：实验结论具有普遍性（寻找普遍规律）；

6.等距验证：利用刻度尺进行测量；

7.对虚像的理解：光屏（物在平面镜中像的位置）无法呈接到像；

8.对对称的理解：通过观察可见像与物左右位置相反；

9.实验出现误差的原因：刻度尺与平面镜不垂直、实验装置安装存在问题；

10.实验应选较暗的环境目的是：便于观察实验现象；

11.用玻璃板代替平面镜的目的：便于观察和确定像的位置，比较物像大小关系；

12.实验应选较薄的玻璃板的目的：玻璃板前后表面可以各成一个像，玻璃板较厚时，两个像会产生错位，难以确定像的位置；

13.实验中使用两只完全相同的蜡烛的目的：比较像与物的大小关系。

三、探究凸透镜成像的特点

【实验目的】透镜凸透镜成像规律。像与物的大小关系、物距变化成像规律变化、像的虚实。

【实验器材】凸透镜、光具座、蜡烛、光屏、火柴等。

【实验步骤】一、按图组装器材。调整蜡烛、凸透镜、光屏在同一水平线上。

二、将蜡烛放在远处（此时u>2f），移动光屏直至在光屏上成清晰的像；观察像的大小、正立还是倒立，并测量物距和像距；数据记录实验表格。

三、将蜡烛往凸透镜方向移动，使2f>u>f，移动光屏直至在光屏上成清晰的像；观察像的大小、正立还是倒立，并测量物距和像距；数据记录实验表格。

四、将蜡烛继续往凸透镜方向移动，使u=f，移动光屏，看能否成像。

五、将蜡烛继续往凸透镜方向移动，使u<f，移动光屏，看在光屏上能否找到像。

六、实验表格

七、整理器材。

【实验结论】

1.焦点是成实像和虚像的分界点：物距大于一倍焦距时，成实像；当物距小于一倍焦距时，成虚像；当物距等于一倍焦距时，不成像。

2.二倍焦距处是成放大实像还是成缩小实像的分界点：物距大于二倍焦距时，成缩小的实像；当物距小于二倍焦距时，成放大的实像；当物距大于二倍焦距时，成等大的实像。

3.实像都是倒立的，且物像异侧；虚像都是正立的，且物像同侧；

4.凸透镜成实像时，随着物距的减小，像和像距都变大；成虚像时，随着物距的减小，像和像距都变小。

【考向点拨】

1.如何测量焦距：一束平行光通过凸透镜后会聚的点即为焦点，可测焦距；

2.保障实验成功：蜡烛、凸透镜不动，移动光屏直至在光屏上成清晰的像；

3.如何判断成虚像：物距小于焦距时，无论怎么移动光屏都无法在光屏上成像；

4.无法成像的原因：蜡烛在焦点上或物距小于焦距、焦距太大成像在光具座外、蜡烛与凸透镜和光屏没有在同一水平线上；

5.成像位置如何移动：可调节蜡烛或凸透镜；

6.蜡烛变短：成像上移；

7.像的明暗变化：用遮光板挡住部分光线，成像完整但像变暗；

8.用光具座进行实验时，应做到：烛焰、凸透镜的中心、光屏中心应在同一直线上（同一高度），目的使烛焰的像成在光屏中央；

9.同一物距范围内，不断改变物距进行实验的目的：排除偶然因素，使实验结论更具普遍性；

10.实验中无论怎样移动光屏都找不到像的原因：（1）烛焰、凸透镜中心、光屏中心未在同一高度；（2）蜡烛恰好在凸透镜一倍焦距位置；（3）物距稍大于一倍焦距，像距很大，光具座长度有限；（4）物距小于一倍焦距，成的是虚像。

题型一：探究光的反射规律

【例1】如图所示，在探究光的反射定律时，将一块平面镜放在水平桌面上，再把一块纸板垂直放置在平面镜上。

(1)实验时让光贴着纸板入射是为了________。

(2)如果纸板没有与平面镜垂直放置，当光贴着纸板沿AO入射时，________(选填“能”或“不能”)在纸板上看到反射光。

(3)为了便于测量和研究，需要把光路记录在纸板上，你的方法是___________________。

(4)为了得到反射角与入射角大小关系的普遍规律，应当怎么做？___________________。

(5)另一同学将呈现反射光线的活动板右半边沿中线向后折，活动板上________(选填“能”或“不能”)看到反射光线，这说明_____________________________。

(6)若将一束光贴着纸板沿BO射到O点，反射光将沿图中的OA方向射出，这说明了反射现象中光路可逆。

实验结论：多次改变入射光线AO与ON的夹角进行实验，测量记录如表所示，分析数据得出的结论是______________。

【例2】利用如图装置进行探究光的反射规律实验

（1）让一束光贴着纸板A沿EO方向射向镜面，在纸板B上可看到光线沿OF方向射出，在纸板上：用笔描出光线EO和OF的轨迹，则EO与垂直镜面的直线ON的夹角i是选填_____。（“入射角”成“反射角”）

（2）多次改变入射角的大小，测得实验数据如下表

分析数据可得：反射角_____（选填“大于”、“小于”或“等于”）入射角：当入射角变大时，光线OF____（选填“远离”或“靠近”）直线ON。

（3）以直线ON为轴线．把纸板B向前或向后折，在纸板B上_____（选填“能”或“不能”）看到反射光线OF，由此说明反射光线、入射光线与法线在_____（选填“同一”或“不同”）平面内。

（4）实验中，从教室各个方向都能观察到粗糙纸板表面反射的光线，这种反射属于_____（选填“镜面反射”或“漫反射）

【例3】利用如图装置，进行探究“光的反射规律”实验：

（1）将一束光贴着纸板A沿EO射到O点，增大入射角i会观察到反射角r     （填“变大”或“变小”或“不变”），若将纸板B向前或向后折，此时在纸板B上     （填“能”或“不能”）看到反射光线，说明反射光线和入射光线。

（2）将入射光线EO向法线靠近时，看到反射光线OF     （“靠近”或“远离”）法线．

（3）将纸板A、B置于同一平面后，若将一束光贴着纸板B沿FO射到O点，反射光将沿图中的OE方向射出，说明光在反射时，光路是          的。

题型二：探究平面镜成像的规律

【例4】如图是小芳同学探究“平面镜成像的特点”实验装置。

（1）在实验中用透明的玻璃板代替平面镜，主要是利用玻璃透明的特点，便于______；

（2）在竖立的玻璃板前放一支点燃的蜡烛M，可以看到玻璃板后面出现蜡烛的像。小明拿另一支大小相同的蜡烛N在玻璃板后面移动，直到它跟蜡烛M的像完全重合。由此可以得出的结论是______；

（3）实验时，小芳同学应在______（填“M”或“N”）侧观察蜡烛M经玻璃板所成的像；

（4）细心的小芳透过玻璃观察蜡烛M的像时，看到在像的后面还有一个较模糊、与像有部分重叠的像，出现两个像的原因是______；

（5）若实验时不慎将玻璃向N方向倾斜，则出现的问题是：______；

（6）经过三次实验，记录的像A'、B'、C'与物A、B、C对应的位置如图乙．为了得到更多的实验结论，接下来小明应该进行的操作是：______；______。

【例5】菜同学为了探究“平面镜成像时，像与物到平面镜的距离的关系”，所用的实验器材有：单面镀膜的玻璃板、支架、两个相同的跳棋、白纸和刻度尺。实验装置如图（甲）所示。

（1）在白纸上画一条直线，将玻璃板竖直立在白纸上，使玻璃板_____那一面的下边线与直线重合（选填“有膜”或“无膜”）．

（2）用镀膜玻璃板和跳棋做实验，实验环境有：①几乎无光的实验室，②有阳光的实验窒，在_____中进行实验效果好（选填“①”或“②”）。

（3）在同样的实验环境下，用镀膜玻璃板实验比用普通玻璃板实验成像更清楚，主要原因是：_____。

（4）在白纸上沿跳棋A和B的边缘画圆，测出物距u和像距v的值如下表：

①如图（乙）所示，第1次实验测量的物距是A的右端到直线的距离，则像距v1＝_____cm。

②该同学发现三次实验的像距都比物距略大一些，原因是：_____（只有一个正确选项，将正确选项的字母填在横线上）。

A．刻度尺测量像距时存在误差     B．玻璃板有一定厚度

C．物和像的标记点不对应       D．玻璃板没有竖直放置

【例6】如图所示是小英同学在“探究平面镜成像特点”的实验，所用的实验器材有带底座的玻璃板、白纸、笔、火柴、光屏、刻度尺、两支完全相同的蜡烛A和B。

（1）选用玻璃板代替平面镜，主要是为了确定像的_________；选用两支完全相同的蜡烛A和B，是为了比较像与物的_________关系。

（2）在竖立的玻璃板前点燃蜡烛A，拿_________（选填“点燃”或“未点燃”）的蜡烛B竖直在玻璃板后面移动，人眼一直在玻璃板的前侧观察，直至蜡烛B与蜡烛A的像完全重合，这种确定像与物大小的方法是___________（选填“控制变量法”或“等效替代法”）。

（3）移去蜡烛B，在其原来位置上放置一块光屏，光屏上无法呈现蜡烛的像，这说明平面镜成的是____（选填“虚”或“实”）像。

（4）当蜡烛A向玻璃板靠近时，像的大小_________（选填“增大”“减小”或“不变”）。

题型三：探究凸透镜成像的规律

【例7】某小组同学用如图甲的装置“探究凸透镜成像特点”，他们进行实验的同时在坐标纸上记录蜡烛与光屏上像的位置和大小，如图乙（用带箭头的线段表示物或像，A'、B'分别表示蜡烛在A、B处像的位置）

（1）他们将平行光正对凸透镜照射，在距离凸透镜15cm的光屏上出现了一个最小最亮的光斑，则凸透镜的焦距f=_____cm。

（2）从图乙中可以看出，蜡烛在A、B位置时光屏上得到的都是倒立、_____的实像。生活中利用这个成像特点制成了_____（写出一个即可）。

（3）和其他小组交流后发现，当蜡烛在距透镜15 cm～30 cm之间时，像均成在透镜另一侧距透镜30 cm以外处。但是，当它们把蜡烛放在C位置时，在光具座上无论怎样移动光屏，都不能得到清晰的像，原因是像距_____。

（4）为了让蜡烛在C位置的像成在光具座上的光屏上，他们采用了两种做法：

做法一：保持蜡烛和透镜的位置不变，更换凸透镜，在光具座上移动光屏，光屏上又出现了清晰的像，这表明像距变_____了，由此推断更换的凸透镜会聚光的能力较强，此透镜焦距_____15 cm（选填“大于”“小于”或“等于”）。

做法二：保持蜡烛和透镜的位置不变，在蜡烛和透镜之间再放置一个凸透镜，在光具座上移动光屏，光屏上又出现了清晰的像，由此实验联系实际，远视眼的晶状体焦距较_____（选填“大”或“小”），将近处物体的像成在视网膜_____方（选填“前”或“后”），故需配戴_____透镜矫正。

【例8】小芳同学在“探究凸透镜成像”的规律的实验中，她按如图装配仪器 (图中F点是焦点，H点是2倍焦距处)，此时光屏上得到了一个清晰的像，但像的位置偏高。

(1)造成这一现象的原因是______________________________________；

(2)为了使像能成在光屏的中央，她应把蜡烛向______调(填“上”、“下”)；调节好蜡烛的高度后，她把蜡烛移到A点，此时光屏上的像很模糊．为了得到清晰的像，应把光屏向______移动(填“左”或“右”)；

(3)若想从光屏侧透过透镜看到蜡烛正立的像，可将物体放在______点(填字母)．

(4)该同学用若干个发光二极管组成形状如“E”的发光物体，如图甲所示，将发光物体、凸透镜和光屏依次组装到光具座上并调整好，如果只将“E”，换成“R”，并在同一位置观察，光屏上成的像应是下图丙中的______(填数字序号)．

【例9】小明利用如图所示实验装置探究“凸透镜成像的规律”，该凸透镜的焦距为10cm。

（1）实验时，小明将调整烛焰、透镜和光屏的中心大致在同一高度，目的是为了_______；

（2）小明将蜡烛、凸透镜和光屏移动到如图甲所示的位置时，光屏上成能成清晰的像，此时所成的是倒立、________的_______像；当将蜡烛移动到35cm刻度处时，此时应将光屏移至_______cm刻度处才能看到清晰的像，此时烛焰所成像的大小将_________（选填“变大”、“变小”或“不变”）；小明又将蜡烛移到45cm刻度时，无论怎样移动光屏，在光屏上始终找不到像，这是因为________；

（3）完成老师老师的实验要求后，小明将自己的近视眼镜放在了蜡烛与凸透镜之间，发现光屏上的像变模糊了，为了使光屏上的像重新变得清晰，在不移动蜡烛和凸透镜的前提下，应将光屏向____（左或右）移；下列图乙的四个选项中，能正确表示小明同学近视眼成像和矫正情况的是（_____）。

A．②④       B．①③     C．①④      D．②③

1.（2022·福建省福州市中考物理模拟试卷）在“探究光的反射定律”的实验中。

（1）如图甲，先将平面镜A放在水平桌面上，再将硬纸板B　   　于平面镜A放置其上，让激光紧贴纸板射向O点。

（2）为了显示光路，纸板的表面应　   　（选填“光滑”或“粗糙”）些。

（3）如果垂直射向镜面，则入射角为　   　度，接着多次改变入射光的方向，测得了几组数据如表所示，由此可得出：光反射时，　   　。

（4）接下来老师进行了如下演示：先用加湿器使整个教室充满雾气，将平面镜放在一能转动的水平圆台上，在柱M上固定一红色激光笔，使其发出的光垂直射向平面镜上的O点，其作用是为了显示　   　的位置。然后打开固定在柱N上的绿色激光笔，使绿色激光射向O点，出现了如图乙所示的情景。老师水平方向缓缓转动圆台，当我们只能观察到一条光线时，可判断　   　。

2.（2022·广西玉林市玉州区中考物理模拟试卷）“探究光的反射”的实验装置如图甲所示。平面镜放在水平桌面上，标有刻度（图中未画出）的白色纸板ABCD，能绕垂直于CD的ON轴翻转，在纸板上安装一支可在纸板平面内自由移动的激光笔。

（1）实验前，应将纸板垂直放置于平面镜上，移动激光笔，使入射光束绕入射点O沿逆时针方向转动，可观察到反射光束沿　 　时针方向转动，白色纸板的作用主要是　 　。

（2）移动激光笔，使入射角为45°，测得反射角也为45°，由此就得出“光反射时，反射角等于入射角”的结论。你认为有何不妥之处？　 　。

（3）如图乙所示，将纸板右半部分绕ON向后翻转任意角度，发现右半部分纸板上均无反射光束呈现。此时反射光线与入射光线　 　（选填“在”或“不在”）同一平面上。

（4）在图甲中，若将纸板（连同激光笔）绕CD向后倾斜，与平面镜不再垂直，此时右半部分纸板上　 　（选填“能”或“不能”）呈现反射光束。

3.（2022·湖北省武汉市中考物理模拟试卷）小明在探究“光的反射规律”时，将一平面镜放在水平桌面上，再把一张硬纸板竖直放在平面镜上，让一束光线贴着纸板，沿EO方向入射，如图甲所示：

（1）小明想探究反射光线、入射光线和法线是否在同一平面内，应将纸板 　 　（选填“A”或“B”）绕ON向前或向后弯折，光屏与平面镜的位置关系是 　 　。

（2）改进入射角大小做三次实验，多次实验的目的是 　 　，将测得的数据记录在表中，根据数据得出的结论是 　 　。

（3）小红也把一束光贴着纸板A射到O点，如图乙所示，纸板并未与平面镜垂直，她 　 　（选填“能”或“不能”）再纸板上看到反射光。

4.（2022·安徽省阜阳实验中学中考物理一模试卷）在探究“凸透镜成像规律”和“平面镜成像特点”的实验中，实验装置分别如图甲和图乙所示。

通过查阅资料发现，凸透镜成像规律符合公式为物距，v为像矩，f为焦距。因此，凸透镜焦距也可以用该公式计算得出，甲图可以成最清晰的像，请你根据公式计算甲图出中的凸透镜焦距______cm。

对于焦距相同的凸透镜，一个物距应该对应唯一的像距，但从各小组汇报数据中发现，物距均为时，有三个小组所测像距分别为、、。若他们所得的数据差别不是因为长度测量误差导致的，你认为出现这种情况的操作原因是______。

在用同样的器材进行实验时，调整好蜡烛、凸透镜、光屏在光具座上同一高度后，发现光屏上出现的像只有中间清晰，两侧却较模糊，只对凸透镜进行了调整，就在光屏上得到了完整清晰的像，调整的方法是______。

A.左右适当移动凸透镜

B.上下适当移动凸透镜

C.适当扭转凸透镜

D.更换焦距合适的凸透镜

5.（2021·云南省昆明市呈贡区中考物理模拟试卷）如图是某学生小李、小王和小郭三人所做“探究凸透镜成像规律”的实验装置图。

（1）小郭将凸透镜正对太阳光，在透镜的另一侧移动光屏，直至屏上呈现出　      　的光斑，量出透镜到光斑的距离为10cm，则该凸透镜的焦距为10cm；

（2）小王在凸透镜成像实验中，把蜡烛放在该凸透镜的焦点上，凸透镜固定不动，将光屏向远离凸透镜的方向移动的过程中，在光屏上观察到的现象是大小　      　的光斑（选填“不变”、“变大”或“变小”）。

（3）小李同学做实验时，发现烛焰在光屏上的像如图，若要使烛焰在光屏中心成像，只调节光屏，小李应将光屏向　      　（选填“上”或“下”）移动，当蜡烛距离凸透镜10.3cm时，无论怎么样移动光屏都得不到像，原因是　      　。

A、像距过大，超过光具座的长度

B、不成像

（4）小郭将烛焰移至距凸透镜5cm处，移动光屏，　      　在光屏上得到像（选填“能”或“不能”），　      　（选填“照相机”、“投影仪”或“放大镜”）就是应用这一原理制成的，若拿下光屏，在透镜右侧移动眼睛的位置　      　（选填“能”或“不能”）看到像。

（5）小李同学将近视眼镜片放在蜡烛与凸透镜（靠近凸透镜）之间，小郭调整蜡烛、透镜和光屏的位置，直到在光屏上得到一个倒立缩小的清晰的像后，再将镜片取下，发现光屏上的像变模糊了，为了使光屏上的像重新变得清晰，在不移动蜡烛和凸透镜位置的前提下，小李应将光屏向　      　（选填“左”或“右”）移动。

6.（2022·四川省广元市物理中考模拟卷）如图所示，小宁和同学们在老师指导下做“探究凸透镜成像规律”的实验。

（1）在凸透镜不动的情况下、不断改变物距，测出对应的像距，得到物距与像距的关系图象，如图甲，则凸透镜的焦距为 　   　cm。

（2）如乙图所示，当蜡烛位于图中B处时，移动光屏到 　   　（选填“C”、“D”或“E”）点，光屏上才能成清晰的像。

（3）小宁同学把蜡烛移动到A处，移动光屏，找到清晰的像，此时光屏上的像应该是倒立 　   　的实像，利用这个成像原理人们制成了 　   　（选填“放大镜”、“投影仪”或“照相机”）。若蜡烛燃烧变短了，其在光屏上的像的位置将 　   　（选填“升高”或“降低”）。

（4）同组的小丽在探究凸透镜成像实验时，不小心将凸透镜碰到地上，透镜的上半部分摔烂了，她坚持用余下的半部分继续实验，则光屏上将 　   　。

A.得不到像

B.仅成上半部分的像

C.仅成下半部分的像

D.像是完整的，亮度变暗